WO2009030364A1 - Method and system for the optimised planning of complex production sequences in the industrial operation of installations - Google Patents

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WO2009030364A1
WO2009030364A1 PCT/EP2008/006820 EP2008006820W WO2009030364A1 WO 2009030364 A1 WO2009030364 A1 WO 2009030364A1 EP 2008006820 W EP2008006820 W EP 2008006820W WO 2009030364 A1 WO2009030364 A1 WO 2009030364A1
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Iiro Harjunkoski
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Abb Research Ltd.
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    • Y02P90/00Enabling technologies with a potential contribution to greenhouse gas [GHG] emissions mitigation
    • Y02P90/30Computing systems specially adapted for manufacturing

Definitions

  • the invention relates to a method for the optimized planning of complex production sequences in large-scale plant operations, in particular in the steel industry, the metalworking industry, the pharmaceutical and / or the chemical industry using program-technically implemented mixed-integer optimization method.
  • the invention also includes a corresponding system for carrying out the method.
  • the invention has for its object a possibility for improved planning of complex production sequences in large-scale plant operations, such as from the steel, pharmaceutical and / or chemical industries specify.
  • MILP Mixed Integer Linear Programming
  • a first step depending on product characteristics, such as delivery date, length, width, thickness, height, weight, density, quality, quality, purity, strength, elasticity and chemical composition of the respective product, as well as by equipment characteristics, which, for example Availability, Condition, Throughput, Consumption, Achievable Quality and / or Production Speed, Utilization, Capacities
  • product characteristics such as delivery date, length, width, thickness, height, weight, density, quality, quality, purity, strength, elasticity and chemical composition of the respective product
  • equipment characteristics which, for example Availability, Condition, Throughput, Consumption, Achievable Quality and / or Production Speed, Utilization, Capacities
  • Dependencies and / or shortcuts of equipment, operating, standstill and / or maintenance information and times, product and / or process paths and times, especially Pass or cycle times may relate, and / or other predetermined rules, which are in particular determined by the manufacturing process, carried out a sequential pre-sorting of the products to be produced.
  • the aforementioned rules essentially take into account geometric, chemical and / or physical requirements and / or limitations of the respective manufacturing process and / or the plant operation used for product production.
  • Geometric rules take significant account of restrictions and / or framework conditions regarding the equipment used for production or the available infrastructure.
  • Physical rules take into account, in particular, physical variables to be observed in relation to the production process, such as temperature, pressure and generally to be observed specifications and settings of the various resources used.
  • the presorted list is separated into individual product families and, based on at least one preselectable product parameter, for example the quality and / or width, a grouping of the products to be produced into individual product groups is performed rule-based.
  • a mathematical model is created for each product group, depending on the characteristic size and rule-based.
  • the mathematical model has to satisfy the aforementioned flexibility.
  • the execution of the method according to the invention is preferably carried out by means of a system for optimized planning of complex production sequences in large-scale plant operations, in particular the steel and / or pulp and / or paper and / or chemical / pharmaceutical industry, which means for programmatic application of, on Methods and algorithms of Mixed Integer Linear Programming (MILP) based, mixed-integer optimization method, wherein means are provided, which are adapted to processing and / or inclusion or compliance with predetermined rules and product and equipment characteristics gradually optimized grouping and optimized To perform sequencing of products to be produced in product families and product groups and to determine an optimized product sequence or production sequence.
  • MILP Mixed Integer Linear Programming
  • a computer program, in particular a computer program stored on a data carrier, which has the features of the method according to the invention, is therefore expressly included in the disclosure content of the present application.
  • Fig. 1 Exemplary underlying steelmaking process
  • Fig. 3 exemplary pre-sorting in sequences or product groups with the
  • Fig. 4 on the presorting of FIG. 3 based compatibility matrix Fig. 5 optimized grouping and sequencing of the products to be produced under the condition of exclusively decreasing widths within a sequence
  • Fig. 6 optimized grouping and sequencing of the products to be produced
  • FIG. 7 overall arrangement with exemplified inventive
  • the final casting of the liquid steel is carried out by means of modern continuous casting in a continuous casting S1, which ensure a constant solidification and an optimal microstructure of the slabs (steel blanks) and or round rods produced.
  • a continuous casting process usually comprises between 8-10 furnace fillings. Once these have been completed, regular maintenance and / or maintenance work will be carried out on the continuous caster. The maintenance cycle is thus at about 8-10 finished Ofenbe colllungen or melts.
  • Steelmaking is an extremely time-critical process with a comparatively high energy requirement, in which planning decisions concerning the course of the steelmaking process are generally still manual, that is to say made by an expert, which is especially true for highly complex process flows and a large number of considering the underlying conditions as difficult to almost impossible.
  • the last processing step namely the continuous casting of the melt in order slabs and / or round steels is here due to the variety to be considered and fulfilled rules and / or frameworks to achieve the required steel quality as the planning technically most difficult to implement process.
  • the aforementioned rules essentially include geometric, chemical and / or physical rules and / or requirements.
  • resource-specific rules and / or parameters may also be considered. These include, by themselves or in combination, for example, availability, condition, throughput, consumption, achievable quality and / or production speed, utilization, capacity dependencies and / or links, operating, standstill and / or maintenance information and times of resources. Also product and / or process paths and times, in particular also run or cycle times can be advantageously included
  • geometric rules are largely based on restrictions and / or framework conditions with regard to the equipment used for the production or the available infrastructure, so it is assumed, in particular in known methods, that the casting process in steel production takes place only in the sequence of decreasing width or width the molds and / or products is feasible.
  • Chemical rules for example, take into account the educts and / or admixtures required for the production of different steels, both
  • wash grades require thorough cleaning of the equipment to be used, for example impurities and residues of preceding melts, before the start of the production process or steels and / or castings.
  • Physical rules in this case relate in particular to temperatures to be maintained, for example, the furnaces, the melt and / or critical temperatures of the equipment used, as well as generally to be observed specifications and settings of the various resources used.
  • temperatures to be maintained for example, the furnaces, the melt and / or critical temperatures of the equipment used, as well as generally to be observed specifications and settings of the various resources used.
  • the change in thickness of cast slabs or slabs is a time-dependent process that should be avoided, if possible.
  • the equipment used also has limitations, so the caster, the "caster", tolerates only 8 furnace fillings ("heats ”) or melting batches before extensive maintenance must be performed.
  • Interruptions of the continuous casting process occur, for example, if for the order production of various products, especially steel blanks, for example, different geometrical dimensions conversions of resources, here the continuous casting required.
  • this is done in a first step S1, depending on order stock information and the product characteristics 2 contained, such as delivery date, width, quality, grade and thickness of the respective product, as well as by predetermined rules, which are co-determined in particular by the manufacturing process and / or the existing resources, a sequential pre-sorting of the products to be produced
  • the aforementioned rules essentially take into account geometric, chemical and / or physical requirements and / or limitations of the steelmaking process and / or the continuous casting plant used for product production and / or status, performance and / or operating information of the existing resources.
  • a second step 4 the sequentially presorted list of the products to be produced is subdivided into individual product families, with all products of the same thickness and quality being able to form one product family in each case.
  • each product family it is advantageously possible, based on at least one preselectable product parameter, in particular the quality and / or width, to regularly group the products to be produced into individual product groups, wherein no more than 8 products should be contained within a product group.
  • the casting sequences that is, the number of melts or furnace fillings required
  • CPM Core Performance Management
  • they can be determined using the specified method.
  • a restriction of the degrees of freedom, in particular by specifying the number of furnace loads, allows a more efficient optimization so that a specification of both an upper and a lower limit, in particular as a further characteristic or rule, appears advantageous.
  • the upper limit value can be taken directly from the presorting, wherein the lower limit value can be estimated theoretically.
  • a mathematical model and, as a preliminary stage of the mathematical model, first of all a compatibility matrix is created for each product group, which represents the complex and / or non-linear rules underlying the mixed-integer optimization method and maps all possible product pairings accordingly , Mainly chemical rules and parameters are considered and included.
  • the matrix elements can assume the values 0 or 1 here.
  • the matrix element P 1 , - has the value 1 if product / can be prepared by product /. If this is not the case, the matrix element P u has the value 0.
  • these compatibility information can also be stored in a suitably prepared database, a flat-file (hierarchical data structure) or a program memory, for example also in tabular form, for further processing and provided.
  • the mathematical model together with the objective functions to be optimized and / or their coefficients, for example minimum downtimes of the plant operation or a continuous production process, embedded in the MILP approach, provide all the information necessary for carrying out a successful sequencing or meet all the requirements for the Carrying out a successful sequencing.
  • an optimized product or production sequence is first determined within each product family. It is also advantageously possible to carry out the optimization only over partial areas, for example in the case of not exactly known (fuzzy) process parameters and / or resource information, an optimization for all production sequences (German expression) or for only a smaller part of the production sequences, in particular casting sequences, with complete parameter set and / or resource information.
  • Ch P 1 , 1, w, ⁇ w ,,, t, ⁇ t,
  • CA: P 1 , 1, w, ⁇ w ,,, t, ⁇ t " where w indicates the width of the respective product and t indicates a type number describing the quality of the respective product.
  • w indicates the width of the respective product
  • t indicates a type number describing the quality of the respective product.
  • Z 9 be a binary variable that takes the value 1 if a sequence g is used, that is, contains at least the product, otherwise it has the value 0.
  • the goal is to minimize the total number of sequences or product groups.
  • G gives an estimate of the maximum required number of groups.
  • the assignment of products i to product groups g is carried out by the binary variable Xj 9 .
  • Each product i must be uniquely assigned to exactly one product group g, as indicated by objective function or relation R2, whereby an upper limit Mmax, for which the maximum number of products in a product group is to be adhered to, is illustrated by relation R3.
  • the variables for unused product groups have the value 0.
  • I describe the quantity of the products to be produced.
  • ocg is a binary variable with the value 1 if within the product group or sequence g the product width w increases.
  • qi g is a variable that serves to soften or defuse some of the specified target functions for the last product in a sequence.
  • the target function R8 prevents the occurrence of products with a larger width and with a smaller type number, ie higher quality, as well as products with a smaller width and with a higher type number, ie lower quality, for increasing or increasing distances within a sequence or a product sequence of a product group.
  • the second objective function or relation R9 describes the corresponding case for decreasing distances within a sequence. It should be noted here notes that in the case of pre-sorting of the products depending on the quality in index comparison is sufficient.
  • the ' further objective functions or relations serve to further delimit the search space or to compact the model.
  • the flag for increasing widths within a sequence is set to 0 for nonexistent sequences, see relation R12.
  • the product groups are ordered according to the number of products contained in them, see relation R13.
  • equation R14 causes the active groups to be prepended.
  • , is achieved by presorting. It is common for some of these relations to appear redundant after optimization.
  • the exception variables for the first and last product of a sequence are real variables in the range between 0 and 1.
  • FIG. 3 shows an exemplary presorting in sequences or product groups with the product parameters quality, width, thickness. After presorting, there are 5 sequences separated by thicker horizontal lines. The prerequisite for this is that products of different quality must be produced in the order of 101A ⁇ 101B-> 101C ⁇ 101, and the maximum width change between two consecutive products may be 7.0 units.
  • FIG. 4 shows a compatibility matrix based on the presorting according to FIG. 3
  • FIG. 5 shows an optimized grouping and sequencing of the products to be produced, assuming only decreasing widths within a sequence, based on FIGS. 3 and 4.
  • FIG. 6 shows an optimized grouping and sequencing of the products to be produced according to FIG. 3 and FIG. 4.
  • FIG. 7 shows an overall concept or overall arrangement for a large-scale plant operation from the steel industry with several components and The inclusion of an exemplary trained system for the optimized planning of complex production sequences in large-scale plant operations shown, where systemically in interaction
  • Products with matching or corresponding product specifications can be determined by means of the CPM component 14 and the extent of the melting or casting process and in particular the number of slabs or ingots can be determined on the basis of the correspondences determined,
  • optimization model By means of the aforementioned system 16 and the information transmitted while processing and / or incorporating predetermined rules and product parameters, in particular also target specifications and resource characteristics corresponding optimization model (mathematical model) can be created and, in particular by means of a processing component in the form of a model solver 18 by application of the respective solution algorithm, the respective optimization model (mathematical model) solvable and optimized grouping and optimized sequencing of products to be produced in product families and product groups feasible and optimized Product sequence or production sequence can be determined,
  • the information underlying the optimization and thus the optimized production plan production can thereby be transmitted by means of XML or other known data structures-either file-based or memory-based, also via corresponding communication links and / or data carriers.
  • the optimization request or the corresponding request to the system and / or the initiation of the optimization process is effected by a corresponding "hosting system", in particular a CPM system or a corresponding Kkomponente, which all relevant information to the optimization process or the system producing an optimized production plan transmitted.

Abstract

The invention relates to a method and a system for the optimised planning of complex production sequences in the industrial operation of installations, especially in the steel industry, by the programming-related use of a mixed integer optimisation method based on methods and algorithms of the Mixed Integer Linear Programming (MILP). Taking into account pre-determined rules, product characteristics, operating means characteristics, products to be produced are grouped and sequenced into product families and product groups in an optimised manner, in stages, and an optimised product sequence or production sequence is determined.

Description

VERFAHREN UND SYSTEM ZUR OPTIMIERTEN PLANUNG KOMPLEXER PRODUKTIONSABFOLGEN IN GROSSTECHNISCHEN ANLAGENBETRIEBEN METHOD AND SYSTEM FOR THE OPTIMIZED PLANNING OF COMPLEX PRODUCTION SUBSEQUENCES IN LARGE-SCALE PLANT ENGINEERING
Beschreibungdescription
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur optimierten Planung komplexer Produktionsabfolgen in großsstechnischen Anlagenbetrieben, insbesondere in der Stahlindustrie, der metallverarbeitenden Industrie, der pharmazeutischen und/oder der chemischen Industrie unter Anwendung programmtechnisch umgesetzter gemischt-ganzzahliger Optimierungsverfahren.The invention relates to a method for the optimized planning of complex production sequences in large-scale plant operations, in particular in the steel industry, the metalworking industry, the pharmaceutical and / or the chemical industry using program-technically implemented mixed-integer optimization method.
Des Weiteren umfasst die Erfindung auch ein entsprechendes System zur Verfahrensausführung.Furthermore, the invention also includes a corresponding system for carrying out the method.
In der großindustriellen Fertigung sind aufgrund der immensen Menge bzw. Stückzahl herzustellender Produkte sowie der unglaublichen Menge bzw. Masse an Ausgangsmaterialien und Komplexität der Prozessabläufe zur Vermeidung wirtschaftlicher Schäden, beispielsweise durch ungewollte Stillstandszeiten des Anlagenbetriebes, insbesondere aufgrund von Umstellarbeiten und/oder Reinigungsarbeiten bei einem Produktwechsel, besondere planungstechnische Anstrengungen zur Gewährleistung eines reibungslosen und unterbrechungsfreien Herstellungsprozesses bzw. Anlagenbetriebes erforderlich.Due to the immense quantity or quantity of products to be manufactured and the unbelievable amount or mass of starting materials and complexity of the processes to avoid economic damage, for example due to unwanted downtime of the plant operation, especially due to conversion work and / or cleaning during a product change , special planning-technical efforts to ensure a smooth and uninterrupted manufacturing process or plant operation required.
Vorgenanntes gilt insbesondere in der Stahlindustrie, wo durch geeignete Selektion der Abfolge der einzelnen Brammen bzw. Stahlrohlinge, die im wesentlichen hinsichtlich ihrer geometrischen Abmessungen und Stahlqualität differieren, ein möglichst kontinuierlicher Gießprozess der weiterzuverarbeitenden Stahl- und/oder Eisenrohlinge zu ge- währleisten ist. Entsprechendes findet auch bei der Weiterverarbeitung der erzeugten Rohlinge mittels Walzstraßen aber auch in der chemisch/pharmazeutischen Industrie und/oder der Zellstoff- bzw. Papierindustrie Anwendung. Auch hier ist zur Wahrung eines möglichst effizienten Produktionsprozesses eine anfragen- bzw. spezifikationsabhängig optimierte Produktabfolge bzw. Produktionsabfolge, der beispielsweise Bleche, einzuhalten. Die Spezifikationsdaten können hierbei Angaben physikalische, chemische und /oder geometrische Eigenschaften, wie beispielsweise Dicke, Länge, Breite, Dichte, Struktur, Elastizität, Härte, chemische Zusammensetzung, betreffend umfassen.The above applies in particular in the steel industry, where, by suitable selection of the sequence of the individual slabs or steel blanks, which differ essentially in terms of their geometric dimensions and steel quality, a continuous casting process of the steel and / or iron blanks to be processed is to be effected. is guaranteed. The same applies to the further processing of the blanks produced by means of rolling mills but also in the chemical / pharmaceutical industry and / or the pulp and paper industry application. Here again, in order to ensure the most efficient production process possible, a product or production sequence which is optimized according to demand or specification, for example sheets, must be adhered to. The specification data may include physical, chemical and / or geometric properties, such as thickness, length, width, density, structure, elasticity, hardness, chemical composition.
Ein bekannter Ansatz zur Bestimmung der Produktabfolge bei der Stahlherstellung ist im Artikel von Grossman und Harjunkoski „A decomposition approach for the scheduling of a steel plant production"(Computers and Chemical Engineering, 25, 2001 , Seiten 1647-1660) angegeben. In vorgenanntem Artikel wird darauf abgestellt eine Effizienzsteigerung des Produktionsbetriebes durch zeitliche Ausdehnung bzw. Erweiterung der kontinuierlichen Gießsequenzen zu erreichen, was in der Stahlherstellung bzw. - erzeugung eine Reduktion der Stillstands- bzw. Ausfallzeiten bedeutet. Die Effizienzsteigerung eines Stahlwerks wurde durch Vorsortierung auftragsgemäß herzustellender Stahlrohlinge nach Produktkenngrößen, wie beispielsweise Lieferdatum, Breite, Qualität und Dicke erreicht, indem Rohlinge gleicher Qualität und Dicke zu einer Produktfamilie zusammengefasst wurden. Innerhalb einer Produktfamilie wurden dann entsprechende Gießsequenzen gebildet, wobei innerhalb einer Gießsequenz jedoch nachteilig eine gleichbleibende oder abnehmende Breite der Stahlrohlinge vom vorherigen zum nachfolgenden Rohling Voraussetzung war.One known approach to determining the product sequence in steelmaking is given in the article by Grossman and Harjunkoski, "A decomposition approach for the scheduling of a steel plant production" (Computers and Chemical Engineering, 25, 2001, pages 1647-1660) The aim is to increase the efficiency of the production plant by extending or expanding the continuous casting sequences, which means a reduction in downtime or downtime in steelmaking or steelmaking. For example, delivery date, width, quality and thickness were achieved by combining blanks of the same quality and thickness into a product family, forming corresponding casting sequences within a product family a uniform or decreasing width of the steel blanks from the previous to the following blank was a prerequisite.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Möglichkeit für eine verbesserte Planung komplexer Produktionsabfolgen in großsstechnischen Anlagenbetrieben, wie beispielsweise aus der Stahl-, Pharmazeutischen und/oder Chemischen Industrie, anzugeben.The invention has for its object a possibility for improved planning of complex production sequences in large-scale plant operations, such as from the steel, pharmaceutical and / or chemical industries specify.
Vorgenannte Aufgabe wird durch ein Verfahren und ein System der eingangs genannten Art mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestal- tungen der Erfindung sind in der nachfolgenden Beschreibung sowie in den abhängigen Ansprüchen angegeben.The aforementioned object is achieved by a method and a system of the aforementioned type with the features of the independent claims. Advantageous embodiments tions of the invention are given in the following description and in the dependent claims.
Verfahrensgemäß wird zur optimierten Planung komplexer Produktionsabfolgen in grosstechnischen Anlagenbetrieben, insbesondere der Stahl- und/oder Zellstoff- und/oder Papier- und /oder Chemisch/Pharmazeutischen-Industrie, durch programmtechnische Anwendung eines auf Methoden und Algorithmen des Mixed Integer Linear Programming (MILP) aufbauenden, gemischt-ganzzahligen Optimierungsverfahren und unter Verarbeitung und/oder Einbeziehung vorbestimmter Regeln und Produktkenngrößen aber auch von Betriebsmittelkenngrößen schrittweise eine auftragabhängige optimierte Gruppierung und optimierte Sequenzierung herzustellender Produkte durchgeführt und resultierend eine optimierte Produktabfolge bzw. Produktionsabfolge bestimmt.According to the method for optimizing planning of complex production sequences in large-scale plant operations, in particular the steel and / or pulp and / or paper and / or chemical / pharmaceutical industry, by programmatic application of a method and algorithms of Mixed Integer Linear Programming (MILP) constructive, mixed-integer optimization method and under processing and / or incorporation of predetermined rules and product characteristics but also of resource characteristics step by step carried out an order-dependent optimized grouping and optimized sequencing products to be produced and determined as an optimized product sequence or production sequence.
Hierzu wird in einem ersten Schritt, in Abhängigkeit von Produktkenngrößen, wie beispielsweise Lieferdatum, Länge, Breite, Dicke, Höhe, Gewicht, Dichte, Güte, Qualität, Reinheit, Festigkeit, Elastizität und chemische Zusammensetzung des jeweiligen Produktes, sowie durch Betriebsmittelkenngrößen, welche beispielsweise Verfügbarkeit, Zustand, Durchsatz, Verbrauch, erreichbare Qualität und/oder Produktionsgeschwindigkeit, Auslastung, Kapazitäten Abhängigkeiten und/oder Verknüpfungen von Betriebsmitteln, Betriebs-, Stillstands und/oder Wartungsinformationen sowie -Zeiten, Produkt- und/oder Prozesswege sowie -Zeiten, insbesondere auch Durchlauf oder Zykluszeiten , betreffen können, und/oder weiteren vorgebbaren Regeln, die insbesondere durch den Herstellungsprozess mitbestimmt werden, eine sequenzielle Vorsortierung der herzustellenden Produkte durchgeführt.For this purpose, in a first step, depending on product characteristics, such as delivery date, length, width, thickness, height, weight, density, quality, quality, purity, strength, elasticity and chemical composition of the respective product, as well as by equipment characteristics, which, for example Availability, Condition, Throughput, Consumption, Achievable Quality and / or Production Speed, Utilization, Capacities Dependencies and / or shortcuts of equipment, operating, standstill and / or maintenance information and times, product and / or process paths and times, especially Pass or cycle times, may relate, and / or other predetermined rules, which are in particular determined by the manufacturing process, carried out a sequential pre-sorting of the products to be produced.
Vorgenannte Regeln berücksichtigen hierbei im wesentlichen geometrische, chemische und/oder physikalische Erfordernisse und oder Beschränkungen des jeweiligen Herstellungsprozesses und/oder des zur Produktherstellung eingesetzten Anlagenbetriebes. Geometrische Regeln berücksichtigen hierbei maßgeblich Beschränkungen und/oder Rahmenbedingungen betreffend der zur Herstellung eingesetzten Betriebsmittel bzw. der zur Verfügung stehenden Infrastruktur.The aforementioned rules essentially take into account geometric, chemical and / or physical requirements and / or limitations of the respective manufacturing process and / or the plant operation used for product production. Geometric rules take significant account of restrictions and / or framework conditions regarding the equipment used for production or the available infrastructure.
Chemische Regeln berücksichtigen beispielsweise unterschiedliche chemische Zusammensetzungen der herzustellenden Produkte sowie die jeweilig zu deren Herstellung erforderlichen Roh-, Hilfs- und Betriebsstoffe, wobei sicherzustellen ist, dass ein zweites Produkt einem vorausgegangenen ersten Produkt ohne größere finanzielle und/oder technische Aufwendungen, wie beispielsweise Reinigungsarbeiten der zur Herstellung des ersten Produktes eingesetzten Betriebsmittel, nachfolgen kann. Dem- gemäss sind beispielsweise bei der Stahlerzeugung Stähle mit gefordertem sehr niedrigem Kohlenstoffanteil stets vor Stählen mit höherem Kohlenstoffanteil zu gießen bzw. herzustellen, das heißt eine Abfolge der Produkte bzw. Stähle mit zunehmendem Kohlenstoffanteil ist zu berücksichtigen. Des Weiteren ist sicherzustellen, dass einander nachfolgende Produktgruppen der auftragsgemäß geforderten Spezifikation überhaupt herstellbar sind. Beispielsweise bedingt der Herstellungsprozess einiger hochreinen Stähle, der sogenannten „wash grades", prozessvorbereitend eine gründliche Reinigung der zur Herstellung einzusetzenden Betriebsmittel um Verunreinigungen und/oder Reste vorangegangener Schmelzen bzw. Stähle zu entfernen.Chemical rules consider, for example, different chemical compositions of the products to be produced and the respective raw materials and supplies required for their production, it being ensured that a second product a previous first product without major financial and / or technical expenses, such as cleaning the for the preparation of the first product used, may follow. Accordingly, steels with a demanded very low carbon content, for example, must always be cast or produced before steels with a high carbon content in steelmaking, ie a sequence of the products or steels with increasing carbon content has to be considered. Furthermore, it must be ensured that successive product groups of the order-required specification can be produced at all. For example, the preparation process of some high-purity steels, the so-called "wash grades", prepares the process for a thorough cleaning of the equipment to be used for the production in order to remove impurities and / or residues of previous melts or steels.
Physikalische Regeln berücksichtigen hierbei insbesondere einzuhaltende physikalische Größen den Herstellungsprozess betreffend, wie beispielsweise Temperatur, Druck sowie allgemein einzuhaltende Spezifikationen und Einstellungen der verschiedenen eingesetzten Betriebsmittel.Physical rules take into account, in particular, physical variables to be observed in relation to the production process, such as temperature, pressure and generally to be observed specifications and settings of the various resources used.
In einem zweiten Schritt wird die vorsortierte Liste in einzelne Produktfamilien separiert und innerhalb einer jeden Produktfamilie anhand wenigstens einer vorselektierbaren Produktkenngröße, beispielsweise der Qualität und/oder Weite, regelbasiert eine Gruppierung der herzustellenden Produkte in einzelne Produktgruppen durchgeführt. In einem dritten Schritt wird für jede Produktgruppe kenngrößenabhängig und regelbasiert ein mathematisches Modell erstellt. Das mathematische Modell inklusive den zu optimierenden Zielfunktionen, wie beispielsweise minimale Stillstandszeiten des Anlagenbetriebes oder ein kontinuierlicher Produktionsprozess oder minimaler Ausschuß,, eingebettet in den MILP-Ansatz, beinhaltet alle erforderlichen Informationen für die Durchführung einer erfolgreichen Sequenzzierung.In a second step, the presorted list is separated into individual product families and, based on at least one preselectable product parameter, for example the quality and / or width, a grouping of the products to be produced into individual product groups is performed rule-based. In a third step, a mathematical model is created for each product group, depending on the characteristic size and rule-based. The mathematical model including the objective functions to be optimized, such as minimal downtime of the plant operation or a continuous production process or minimal committee, embedded in the MILP approach, contains all the information necessary to carry out a successful sequencing.
Verfahrensgemäß wird jeweils entweder das Gleichbleiben und/oder Ansteigen bzw. das Zunehmen oder das Gleichbleiben und/oder das Absteigen bzw. Abnehmen von Produktkenngrößen innerhalb der Produktabfolge einer jeden Produktgruppe erlaubt bzw. ermöglicht.According to the method, either the constant and / or increase or the increase or the constant and / or the decrease or decrease of product characteristics within the product sequence of each product group is allowed or made possible.
Das mathematische Modell hat hierbei der vorgenannten Flexibilität zu genügen.The mathematical model has to satisfy the aforementioned flexibility.
In einem vierten Schritt schließlich wird durch Anwendung gebräuchlicher MILP- Lösungsmethoden auf das mathematische Modell eine optimierte Sequenzzierung der Produkte innerhalb einer jeden Produktgruppe, der Produktgruppen innerhalb einer jeden Produktfamilie und somit auch der Produkte innerhalb einer Produktfamilie durchgeführt und erreicht.Finally, in a fourth step, by applying common MILP solution methods to the mathematical model, optimized sequencing of the products within each product group, the product groups within each product family, and thus also the products within a product family, is accomplished and achieved.
Die Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt vorzugsweise mittels eines Systems zur optimierten Planung komplexer Produktionsabfolgen in großsstechnischen Anlagenbetrieben, insbesondere der Stahl- und/oder Zellstoff- und/oder Papier- und /oder Chemisch/Pharmazeutischen-Industrie, welches Mittel zur programmtechnischen Anwendung eines, auf Methoden und Algorithmen des Mixed Integer Linear Programming (MILP) aufbauenden, gemischt-ganzzahligen Optimierungsverfahrens aufweist, wobei Mittel vorhanden sind, die dafür eingerichtet sind, unter Verarbeitung und/oder Einbeziehung beziehungsweise Einhaltung vorbestimmter Regeln und Produkt- sowie Betriebsmittelkenngrößen schrittweise eine optimierte Gruppierung und optimierte Sequenzzierung herzustellender Produkte in Produktfamilien und Produktgruppen durchzuführen und eine optimierte Produktabfolge bzw. Produktionsabfolge zu bestimmen. Ein Computerprogramm, das die Merkmale des erfindungsgemäßen Verfahrens aufweist und durch geeignete Hardware ausgeführt wird, insbesondere eine Datenverarbeitungseinrichtung mit Eingabe- und Anzeigevorrichtung sowie gegebenenfalls mit Netzwerk- und/oder Internetanbindung und die gegebenenfalls mit einem Datenspeicher zusammenwirkt, führt zu einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems. Ein Computerprogramm, insbesondere ein auf einen Datenträger gespeichertes Computerprogramm, das die Merkmale des erfindungsgemäßen Verfahrens aufweist, wird daher ausdrücklich in den Offenbarungsgehalt der vorliegenden Anmeldung einbezogen.The execution of the method according to the invention is preferably carried out by means of a system for optimized planning of complex production sequences in large-scale plant operations, in particular the steel and / or pulp and / or paper and / or chemical / pharmaceutical industry, which means for programmatic application of, on Methods and algorithms of Mixed Integer Linear Programming (MILP) based, mixed-integer optimization method, wherein means are provided, which are adapted to processing and / or inclusion or compliance with predetermined rules and product and equipment characteristics gradually optimized grouping and optimized To perform sequencing of products to be produced in product families and product groups and to determine an optimized product sequence or production sequence. A computer program which has the features of the method according to the invention and is implemented by suitable hardware, in particular a data processing device with input and display device and optionally with network and / or Internet connection and which optionally interacts with a data memory, leads to a preferred embodiment of the system according to the invention , A computer program, in particular a computer program stored on a data carrier, which has the features of the method according to the invention, is therefore expressly included in the disclosure content of the present application.
Diese und weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.These and other advantageous embodiments and embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.
Anhand eines in den beigefügten Figuren dargestellten Ausführungsbeispieles der Er- findong sollen die Erfindung, vorteilhafte Ausgestaltungen und besondere Vorteile der Erfindung näher erläutert und beschrieben werden.Reference to an embodiment of the Erfindong shown in the accompanying figures, the invention, advantageous embodiments and particular advantages of the invention will be explained and described in detail.
Es zeigen:Show it:
Fig. 1 Beispielhaft zugrunde gelegter StahlherstellungsprozessFig. 1 Exemplary underlying steelmaking process
Fig. 2 beispielhafter VerfahrensablaufFig. 2 exemplary procedure
Fig. 3 beispielhafte Vorsortierung in Sequenzen bzw. Produktgruppen mit denFig. 3 exemplary pre-sorting in sequences or product groups with the
Produktkenngrößen Güte, Weite, DickeProduct characteristics Quality, width, thickness
Fig. 4 auf der Vorsortierung gemäß Fig. 3 basierende Kompatibilitätsmatrix Fig. 5 optimierte Gruppierung und Sequenzzierung der herzustellenden Produkte unter der Voraussetzung ausschließlich abnehmender Weiten innerhalb einer SequenzFig. 4 on the presorting of FIG. 3 based compatibility matrix Fig. 5 optimized grouping and sequencing of the products to be produced under the condition of exclusively decreasing widths within a sequence
Fig. 6 erfindungsgemäß optimierte Gruppierung und Sequenzzierung der herzustellenden ProdukteFig. 6 according to the invention optimized grouping and sequencing of the products to be produced
Fig. 7 Gesamtanordnung mit beispielhaft ausgeführtem erfindungsgemäßemFig. 7 overall arrangement with exemplified inventive
Systemsystem
Die weitere Darlegung der Erfindung erfolgt beispielhaft basierend auf dem in Fig. 1 gezeigten Stahlherstellungsprozesses in einem Stahlwerk.The further explanation of the invention is made by way of example based on the steel production process shown in Fig. 1 in a steel mill.
Beim hier beispielhaft zugrunde gelegten Stahlherstellungsprozess werden zwei elektrisch gespeiste Lichtbogenöfen 01 und O2 als Hochöfen eingesetzt, die abwechseln betrieben werden und in denen geschmolzener neuwertiger Stahl mit Alteisen bzw. Schrott kombiniert bzw. versetzt geschmolzen wird. Darüber hinaus wird zur metallurgischen Behandlung der Schmelze eine Argon-Sauerstoff Dekarburierungseinheit D1 zur Reduktion des Kohlenstoffanteils der Schmelze, dem sog. „Frischen", sowie zur Überwachung sowie Regelung der chemischen Zusammensetzung und Temperatur der Schmelze eine Gießpfanne mit metallurgischen Einrichtungen G1 , beispielsweise ein sog. „Konverter", eingesetzt. Das abschließende Vergießen des flüssigen Stahls erfolgt mittels moderner Stranggießverfahren in einer Stranggießanlage S1, welche eine gleichbleibende Erstarrung und ein optimales Gefüge der hergestellten Brammen (Stahlrohlinge) und oder Rundstäbe gewährleisten. Ein kontinuierlicher Gießprozess umfasst hierbei in aller Regel zwischen 8-10 Ofenbefüllungen. Wurden diese abgearbeitet, so werden reguläre Wartungsarbeiten und/oder Instandhaltungsmaßnahmen an der Stranggießanlage durchgeführt. Der Wartungszyklus liegt also bei ca. 8-10 abgearbeiteten Ofenbefüllungen bzw. Schmelzen. Bei der Stahlherstellung handelt es sich um einen äußerst zeitkritischen Prozess mit vergleichsweise hohem Energiebedarf, bei welchem Planungsentscheidungen den Ablauf des Stahlherstellungsprozesses betreffend in aller Regel noch manuell, das heißt von einem Experten getroffen werden, was sich insbesondere bei hoch-komplexen Prozessabläufen und einer Vielzahl zu berücksichtigender Rahmenbedingungen als schwierig bis nahezu unmöglich erweist.In the steel production process used here as an example, two electrically powered arc furnaces 01 and O2 are used as blast furnaces, which are operated alternately and in which molten, as-new steel is combined with scrap iron or scrap or mixed. In addition, for the metallurgical treatment of the melt an argon-oxygen Dekarburierungseinheit D1 to reduce the carbon content of the melt, the so-called. "Freshen", as well as for monitoring and control of the chemical composition and temperature of the melt, a ladle with metallurgical devices G1, for example, a so-called "Converter", used. The final casting of the liquid steel is carried out by means of modern continuous casting in a continuous casting S1, which ensure a constant solidification and an optimal microstructure of the slabs (steel blanks) and or round rods produced. A continuous casting process usually comprises between 8-10 furnace fillings. Once these have been completed, regular maintenance and / or maintenance work will be carried out on the continuous caster. The maintenance cycle is thus at about 8-10 finished Ofenbefüllungen or melts. Steelmaking is an extremely time-critical process with a comparatively high energy requirement, in which planning decisions concerning the course of the steelmaking process are generally still manual, that is to say made by an expert, which is especially true for highly complex process flows and a large number of considering the underlying conditions as difficult to almost impossible.
Insbesondere der letzte Verarbeitungsschritt, nämlich das kontinuierliche Gießen der Schmelze in auftragsgemäße Brammen und/oder Rundstähle ist hierbei aufgrund der Vielzahl zu berücksichtigender und zu erfüllender Regeln und/oder Rahmenbedingungen zur Erreichung der geforderten Stahlqualität als der planungstechnisch am schwierigsten zu realisierende Prozess.In particular, the last processing step, namely the continuous casting of the melt in order slabs and / or round steels is here due to the variety to be considered and fulfilled rules and / or frameworks to achieve the required steel quality as the planning technically most difficult to implement process.
Vorgenannte Regeln umfassen hierbei im Wesentlichen geometrische, chemische und/oder physikalische Regeln und/oder Erfordernisse. Aber auch betriebsmittelspezifische Regeln und/oder Kenngrößen können in Betracht gezogen werden. Dazu zählen, für sich oder in Kombination, beispielsweise Verfügbarkeit, Zustand, Durchsatz, Verbrauch, erreichbare Qualität und/oder Produktionsgeschwindigkeit, Auslastung, Kapazitäten Abhängigkeiten und/oder Verknüpfungen, Betriebs-, Stillstands und/oder Wartungsinformationen sowie -Zeiten von Betriebsmitteln. Auch Produkt- und/oder Prozesswege sowie -Zeiten, insbesondere auch Durchlauf oder Zykluszeiten können vorteilhaft einbezogen werden,The aforementioned rules essentially include geometric, chemical and / or physical rules and / or requirements. However, resource-specific rules and / or parameters may also be considered. These include, by themselves or in combination, for example, availability, condition, throughput, consumption, achievable quality and / or production speed, utilization, capacity dependencies and / or links, operating, standstill and / or maintenance information and times of resources. Also product and / or process paths and times, in particular also run or cycle times can be advantageously included
Geometrische Regeln rühren hierbei maßgeblich von Beschränkungen und/oder Rahmenbedingungen betreffend der zur Herstellung eingesetzten Betriebsmittel bzw. der zur Verfügung stehenden Infrastruktur her, so wird insbesondere bei bekannten Verfahren davon ausgegangen, dass der Gießprozess bei der Stahlherstellung nur in der Abfolge abnehmender Weite bzw. Breite der Gießformen und/oder Produkte durchführbar ist. Chemische Regeln beispielsweise berücksichtigen die zur Herstellung unterschiedlicher Stähle erforderlichen Edukte und/oder Beimischungen, wobei sowohlIn this case, geometric rules are largely based on restrictions and / or framework conditions with regard to the equipment used for the production or the available infrastructure, so it is assumed, in particular in known methods, that the casting process in steel production takes place only in the sequence of decreasing width or width the molds and / or products is feasible. Chemical rules, for example, take into account the educts and / or admixtures required for the production of different steels, both
• sicherzustellen ist, dass die nächste Schmelze der vorausgegangenen ohne größere Aufwendungen, beispielsweise Reinigungsarbeiten der Gießpfanne, nachfolgen kann, so sollten beispielsweise Produkte bzw. Stähle mit gefordertem sehr niedrigen Kohlenstoffanteil stets vor Produkten mit höherem Kohlenstoffanteil gegossen werden, das heißt eine Abfolge der Produkte bzw. Stähle mit zunehmendem Kohlenstoffanteil ist zu berücksichtigen als auch• ensure that the next melt of the previous ones can follow without major expenditures, such as ladle cleaning, for example, products or steels with a demanded very low carbon content should always be poured in front of products with a higher carbon content, ie a sequence of products resp Steels with increasing carbon content should be considered as well
• sicherzustellen ist, dass einander nachfolgende Produktgruppen der geforderten Spezifikation überhaupt herstellbar sind, beispielsweise bedingen einige hochreinen Stähle und/oder Edelstahle, die sogenannten „wash grades", vor Beginn des Herstellungsprozesses eine gründliche Reinigung der einzusetzenden Betriebsmittel, beispielsweise von Verunreinigungen und Resten vorangegangener Schmelzen bzw. Stähle und/oder Gießvorgänge.• it must be ensured that successive product groups of the required specification can be produced at all, for example some high-purity steels and / or stainless steels, the so-called "wash grades", require thorough cleaning of the equipment to be used, for example impurities and residues of preceding melts, before the start of the production process or steels and / or castings.
Physikalische Regeln betreffen hierbei insbesondere einzuhaltende Temperaturen, beispielsweise der Öfen, der Schmelze und/oder kritische Temperaturen der eingesetzten Betriebsmittel, sowie allgemein einzuhaltende Spezifikationen und Einstellungen der verschiedenen eingesetzten Betriebsmittel. So ist beispielsweise die Dickenänderung gegossener Brammen bzw. Stahlrohlinge („slabs") ein zeitabhängiger Prozess, der, wenn möglich vermieden werden sollte. Auch die eingesetzten Betriebsmittel haben Grenzen, so verträgt die Stranggießanlage, der „caster", lediglich 8 Ofenbefüllungen („heats") bzw. Schmelzchargen, bevor eine umfangreiche Wartung durchgeführt werden muß.Physical rules in this case relate in particular to temperatures to be maintained, for example, the furnaces, the melt and / or critical temperatures of the equipment used, as well as generally to be observed specifications and settings of the various resources used. For example, the change in thickness of cast slabs or slabs is a time-dependent process that should be avoided, if possible.The equipment used also has limitations, so the caster, the "caster", tolerates only 8 furnace fillings ("heats ") or melting batches before extensive maintenance must be performed.
Vorgenannte Regeln sind hierbei beispielsweise zwischen zwei aufeinanderfolgenden Schmelzchargen und den ihnen zugrunde liegenden Produktgruppierungen zu beachten bzw. anzuwenden sowie bei jedem Sequenzwechsel. Innerhalb einer Sequenz, die in der Regel 8 bis 10 Schmelzchargen und/oder Ofenbefüllungen umfasst, ist ein kontinuierlicher, unterbrechungsfreier Gießprozess möglich., Ein Sequenzwechsel jedoch bedingt die Durchführung von Wartungs- und oder Instandhaltungsmaßnahmen, so dass die Produktion bzw. der Stranggießprozess unterbrochen werden muß. Demgemäß sucht man zur Reduktion der Stillstandszeiten des Anlagenbetriebes bzw. der Produktionsausfälle und demgemäß zur Effizienzsteigerung des Anlagenbetriebes bzw. Herstellungsprozesses möglichst lange Gieß-Sequenzen zu erreichen. Jedoch nicht länger als das gebotene Wartungsintervall.For example, the rules mentioned above must be observed or applied between two successive batches of melt and their underlying product groupings, as well as at each sequence change. Within a sequence, which usually comprises 8 to 10 melt batches and / or Ofenbefüllungen, a continuous, uninterrupted casting process is possible., A sequence change, however requires the implementation of maintenance and or maintenance measures, so that the production or the continuous casting process must be interrupted. Accordingly, one seeks to achieve the longest possible casting sequences to reduce the downtime of the plant operation or production losses and thus to increase the efficiency of the plant operation or manufacturing process. But no longer than the required maintenance interval.
Unterbrechungen des kontinuierlichen Gießprozesses treten beispielsweise auf, wenn zur auftragsgemäßen Herstellung verschiedener Produkte, insbesondere Stahlrohlinge beispielsweise unterschiedlicher geometrischer Abmessungen Umbauten der Betriebsmittel, hier der Stranggießanlage erforderlich werden.Interruptions of the continuous casting process occur, for example, if for the order production of various products, especially steel blanks, for example, different geometrical dimensions conversions of resources, here the continuous casting required.
Um Stillstandszeiten des Anlagenbetriebes, hier der Stranggießanlage, auf ein Minimum zu reduzieren und einen kontinuierlichen Herstellungsprozess über einen möglichst langen Zeitraum möglicht effizient zu gestalten macht eine optimierte Planung der Produktabfolge unumgänglich.In order to minimize plant downtime, in this case the continuous casting plant, and to make a continuous production process as efficient as possible over the longest possible period of time makes an optimized planning of the product sequence indispensable.
Wie in Fig. 2 gezeigt wird hierzu in einem ersten Schritt S1 , in Abhängigkeit von Auftragsbestandsinformationen sowie den enthaltenen Produktkenngrößen 2, wie beispielsweise Lieferdatum, Breite, Qualität („quality"), Güte („grade") und Dicke des jeweiligen Produktes, sowie durch vorbestimmte Regeln, die insbesondere durch den Herstellungsprozess und/oder die vorhandenen Betriebsmittel mitbestimmt werden, eine sequenzielle Vorsortierung der herzustellenden ProdukteAs shown in FIG. 2, this is done in a first step S1, depending on order stock information and the product characteristics 2 contained, such as delivery date, width, quality, grade and thickness of the respective product, as well as by predetermined rules, which are co-determined in particular by the manufacturing process and / or the existing resources, a sequential pre-sorting of the products to be produced
1. nach Fälligkeit1. after due date
2. nach Weite2. by far
3. nach Qualität3. after quality
4. nach Güteklasse und/oder chemische Zusammensetzung4. by grade and / or chemical composition
5. nach Dicke und dergleichen mehr durchgeführt, wobei jedwede Kenngrößen und Faktoren die Einfluß auf die jeweilig Produktionsabfolge und/oder Przessabfolge, insbesondere den Gießprozess, nehmen können einbeziehbar beziehungsweise verarbeitbar sind.5. by thickness and the like, wherein any characteristics and factors that can take influence on the respective production sequence and / or process sequence, in particular the casting process, can be included or processed.
Vorgenannte Regeln berücksichtigen hierbei im Wesentlichen geometrische, chemische und/oder physikalische Erfordernisse und oder Beschränkungen des Stahlerzeugungsprozesses und/oder der zur Produktherstellung eingesetzten Stranggießanlage und/oder Zustands-, Leistungs- und/oder Betriebsinformationen der vorhandenen Betriebsmittel.The aforementioned rules essentially take into account geometric, chemical and / or physical requirements and / or limitations of the steelmaking process and / or the continuous casting plant used for product production and / or status, performance and / or operating information of the existing resources.
In einem zweiten Schritt 4 wird die sequenziell vorsortierte Liste der herzustellenden Produkte in einzelne Produktfamilien untergliedert, wobei alle Produkte beipielsweise gleicher Dicke und Güte jeweils eine Produktfamilie bilden können. Innerhalb einer jeden Produktfamilie widerum kann vorteilhaft anhand wenigstens einer vorselektierbaren Produktkenngröße, insbesondere der Qualität und/oder Weite, regel- basjert eine Gruppierung der herzustellenden Produkte in einzelne Produktgruppen durchgeführt, wobei innerhalb einer Produktgruppe nicht mehr als 8 Produkte enthalten sein sollten.In a second step 4, the sequentially presorted list of the products to be produced is subdivided into individual product families, with all products of the same thickness and quality being able to form one product family in each case. Within each product family, it is advantageously possible, based on at least one preselectable product parameter, in particular the quality and / or width, to regularly group the products to be produced into individual product groups, wherein no more than 8 products should be contained within a product group.
Sollten die Gießsequenzen, das heißt, die Anzahl der erforderlichen Schmelzen beziehungsweise Ofenbefüllungen dabei nicht bereits durch ein beispielsweise CPM (Corpo- rate Performance Management)-System als Kenngröße vorgegeben sein, lassen sich diese mit dem angegebenen Verfahren bestimmen. Eine Beschränkung der Freiheitsgrade, insbesondere durch Vorgabe der Anzahl der Ofenbeschickungen, ermöglicht eine effizientere Optimierung so dass eine Vorgabe sowohl eines oberen als auch eines unteren Grenzwertes, insbesondere als weitere Kenngröße oder Regel, vorteilhaft erscheint. Der obere Grenzwert kann dabei unmittelbar der Vorsortierung entnommen werden, wobei der untere Grenzwert theoretisch abschätzbar ist.If the casting sequences, that is, the number of melts or furnace fillings required, are not already predetermined by a CPM (Corporate Performance Management) system, for example, they can be determined using the specified method. A restriction of the degrees of freedom, in particular by specifying the number of furnace loads, allows a more efficient optimization so that a specification of both an upper and a lower limit, in particular as a further characteristic or rule, appears advantageous. The upper limit value can be taken directly from the presorting, wherein the lower limit value can be estimated theoretically.
Hinsichtlich dem Güteerfordernis ist festzuhalten, dass zahlreiche Produkte existieren die einem sehr hohen Reinheitsgebot unterliegen, beispielsweise was Verunreinigun- gen mit Nickel betrifft. Von besonderer Bedeutung sind derartige Überlegungen insbesondere auch in der Parmazeutischen und/oder Chemischen Industrie. Produkte oder Produktgruppen bei denen ein bestimmter Reinheitsgrad oder Zusammensetzung und/oder eine bestimmte Güte von Bedeutung werden in der Regel nach beziehungsweise in Abfolge auf sog. „wash grades" produziert, wobei die Art und Weise des Umgangs mit derartigen Anforderungen und/oder Produkten gesondert zu bestimmen ist. Die einfachste Art und Weise damit umzugehen ist es, derartige Güten unmittelbar im Anschluß auf die jeweilig korresponierenden „wash-grades" (deutscher Begriff?) zu in einer Abfolge beziehungsweise Sequenz zu produzieren.With regard to the quality requirement, it should be noted that there are numerous products which are subject to a very high purity requirement, for example, contaminants. conditions with nickel. Of particular importance are such considerations, especially in the pharmaceutical and / or chemical industry. Products or product groups in which a certain degree of purity or composition and / or a certain quality of importance are usually produced on or in succession to so-called "wash grades", wherein the way of dealing with such requirements and / or products separately The easiest way to deal with this is to produce such qualities in a sequence or sequence immediately following the respectively corresponding "wash-grades" (German term?).
In einem dritten Schritt 6 wird kenngrößenabhängig und regelbasiert ein mathematisches Modell sowie als Vorstufe des mathematischen Modells zunächst für jede Produktgruppe eine Kompatibilitätsmatrix erstellt, welche die dem gemischt-ganzzahligen Optimierungsverfahren zugrunde gelegten komplexen und/oder nicht-linearen Regeln repräsentiert und alle demgemäß möglichen Produktpaarungen abbildet. Dabei werden vornehmlich chemische Regeln und Kennwerte beachtet und einbezogen. Die Matrixelemente können hierbei die Werte 0 oder 1 annehmen. Das Matrixelement P1,- besitzt der Wert 1 wenn Produkt /' nach Produkt / hergestellt werden kann. Ist dies nicht der Fall, so besitzt das Matrixelement Pu den Wert 0. Vorteilhaft können diese Kompatibili- tätsihformationen zur weiteren Verarbeitung auch in einer entsprechend vorbereiteten Datenbank, einem flat-file (hierarchische Datenstruktur) oder einem Programmspeicher, beispielsweise auch in Tabellenform, gespeichert und bereitgestellt werden. Das mathematische Modell zusammen mit den zu optimierenden Zielfunktionen und/oder deren Koeffizienten , beispielsweise minimale Stillstandszeiten des Anlagenbetriebes oder ein kontinuierlicher Produktionsprozess, eingebettet in den MILP-Ansatz, stellen alle erforderlichen Informationen für die Durchführung einer erfolgreichen Sequenzzierung bereit bzw. erfüllen alle Voraussetzungen für die Durchführung einer erfolgreichen Sequenzzierung.In a third step 6, a mathematical model and, as a preliminary stage of the mathematical model, first of all a compatibility matrix is created for each product group, which represents the complex and / or non-linear rules underlying the mixed-integer optimization method and maps all possible product pairings accordingly , Mainly chemical rules and parameters are considered and included. The matrix elements can assume the values 0 or 1 here. The matrix element P 1 , - has the value 1 if product / can be prepared by product /. If this is not the case, the matrix element P u has the value 0. Advantageously, these compatibility information can also be stored in a suitably prepared database, a flat-file (hierarchical data structure) or a program memory, for example also in tabular form, for further processing and provided. The mathematical model together with the objective functions to be optimized and / or their coefficients, for example minimum downtimes of the plant operation or a continuous production process, embedded in the MILP approach, provide all the information necessary for carrying out a successful sequencing or meet all the requirements for the Carrying out a successful sequencing.
Demgemäß wird zunächst innerhalb einer jeden Produktfamilie eine optimierte Produkt beziehungsweise Produktionsabfolge ermittelt. Auch ist es vorteilhaft möglich die Optimierung lediglich über Teilbereiche durchzuführen, beispielsweise bei nicht genau bekannten (unscharfen) Prozessparametern und/oder Betriebsmittelinformationen eine Optimierung für alle Produktionssequenzen (deutscher Ausdruck?) oder für lediglich einen kleineren Teil der Produktionssequenzen, insbesondere Gießsequenzen, bei vollständigem Parametersatz und/oder Betriebsmittelinformationen durchzuführen.Accordingly, an optimized product or production sequence is first determined within each product family. It is also advantageously possible to carry out the optimization only over partial areas, for example in the case of not exactly known (fuzzy) process parameters and / or resource information, an optimization for all production sequences (German expression) or for only a smaller part of the production sequences, in particular casting sequences, with complete parameter set and / or resource information.
Eine Optimierung lediglich eines Teils der Produktsequenzen oder einzelner Sequenzen macht nur dann Sinn wenn die Einzelergebnisse auch kombiniert verwertbar sind, was vorteilhaft dadurch erreichbar ist, dass die einzelnen Produktionsabfolgen beziehungsweise Produktabfolgen in einem weiteren Schritt miteinander verknüpft und/oder in Relation gesetzt werden. Dies kann, um Konflikte zu vermeiden und Wartezeiten zu verkürzen, gegebenenfalls auch zu einer Neuaufteilung oder Anpassung der jeweils verfügbaren Ressourcen, insbesondere der Betriebsmittel, führen beziehungsweise eine solche bedingen.An optimization of only a part of the product sequences or individual sequences only makes sense if the individual results are also usable in a combined manner, which is advantageously achievable by linking the individual production sequences or product sequences in a further step and / or placing them in relation. In order to avoid conflicts and shorten waiting times, this may also lead to a redistribution or adaptation of the respectively available resources, in particular of the resources, or may necessitate such.
Darüber hinaus wird, zumindest für den Bereich der Stahlherstellung und/oder Verarbeitung (Stahlindustrie), jeweils entweder das Gleichbleiben und/oder Ansteigen bzw. Zunehmen oder das Gleichbleiben und/oder Absteigen bzw. Abnehmen von beispielsweise der Weite innerhalb der Produktabfolge einer jeden Produktgruppe erlaubt.Moreover, at least in the field of steelmaking and / or processing (steel industry), either the constant and / or increasing or staying constant and / or decreasing or decreasing, for example, the width within the product sequence of each product group is allowed ,
Das mathematische Modell hat hierbei der vorgenannten Flexibilität zu genügen und lässt sich wie folgt angeben:The mathematical model has to satisfy the aforementioned flexibility and can be stated as follows:
Zur Beschreibung der Abhängigkeiten sind 4 Fälle C1 , C2, C3 und C4 zu unterscheiden:To describe the dependencies, four cases C1, C2, C3 and C4 are to be distinguished:
Ch P1, = 1, w, ≤ w,,, t, ≤ t,Ch P 1 , = 1, w, ≤ w ,,, t, ≤ t,
Ql- Pn, = 1, w,, ≤ w„ t, ≤ t,Ql-P n , = 1, w ,, ≦ w "t, ≦ t,
C3: P,, = l, w,, ≤ w„ t, ≤ t,C3: P ,, = 1, w ,, ≦ w "t, ≦ t,
CA: P1, = 1, w, ≤ w,, , t, ≤ t„ wobei w die Weite des jeweiligen Produktes und t eine die Güte des jeweiligen Produktes beschreibende Typnummer angibt. Als Regel ist hierbei zu beachten, dass das Produkt mit der Typnummer 1 , also mit höherer Güte, stets vor dem Produkt mit Typnummer 2, also mit niedrigerer Güte gegossen bzw. hergestellt werden muß.CA: P 1 , = 1, w, ≦ w ,,, t, ≦ t " where w indicates the width of the respective product and t indicates a type number describing the quality of the respective product. As a rule, it should be noted that the product with the type number 1, ie with higher quality, must always be cast or produced before the product with type number 2, ie with lower quality.
Z9 sei eine binäre Variable die den Wert 1 annimmt wenn eine Sequenz g benutzt wird, das heißt wenigstens en Produkt enthalten ist, ansonsten hat sie den Wert 0. Das Ziel besteht darin die Gesamtanzahl an Sequenzen bzw. Produktgruppen zu minimieren. Ausgedrückt durch die nachfolgende Relation R1Let Z 9 be a binary variable that takes the value 1 if a sequence g is used, that is, contains at least the product, otherwise it has the value 0. The goal is to minimize the total number of sequences or product groups. Expressed by the following relation R1
min∑zg (R1) geGmin z g (R1) geG
G gibt hierbei eine Abschätzung der maximal erforderlichen Anzahl von Gruppen an.G gives an estimate of the maximum required number of groups.
Die Zuordnung von Produkten i zu Produktgruppen g erfolgt durch die binäre Variable Xj9. Jedes Produkt i muß hierbei, wie durch Zielfunktion bzw. Relation R2 angegeben, eindeutig genau einer Produktgruppe g zugeordnet werden, wobei eine Obergrenze Mmax, für die maximale Anzahl von Produkten in einer Produktgruppe einzuhalten ist, was durch Relation R3 verdeutlicht wird. Die Variablen für unbenutzte Produktgruppen haben den Wert 0. I beschreibt hierbei die Menge der herzustellenden Produkte.The assignment of products i to product groups g is carried out by the binary variable Xj 9 . Each product i must be uniquely assigned to exactly one product group g, as indicated by objective function or relation R2, whereby an upper limit Mmax, for which the maximum number of products in a product group is to be adhered to, is illustrated by relation R3. The variables for unused product groups have the value 0. Here, I describe the quantity of the products to be produced.
∑*β = l Vi e / (R2) geGΣ * β = 1 Vi e / (R2) geG
∑xlg ≤ Mmax ^ zg Vg e G (R3)Σx lg ≤ M max ^ z g Vg e G (R3)
ocg ist eine binäre Variable mit dem Wert 1 wenn innerhalb der Produktgruppe bzw. Sequenz g die Produktweite w zunimmt. qig ist eine Variable, die dazu dient einige der angegebenen Zielfunktionen für das letzte Produkt einer Sequenz aufzuweichen bzw. zu entschärfen. Bei einer Produktabfolge innerhalb einer Produktgruppe mit ansteigender Weite (α=1) muß es für alle Produkte, ausgenommen das letzte Produkt der Folge, ein geeignetes nachfolgendes Produkt geben, ausgedrückt durch Relation R4. Zielfunktion bzw. Relation R5 gibt den entsprechenden Fall bei abnehmender Weite (α=0) innerhalb einer Produktabfolge an.ocg is a binary variable with the value 1 if within the product group or sequence g the product width w increases. qi g is a variable that serves to soften or defuse some of the specified target functions for the last product in a sequence. For a product sequence within a product group of increasing width (α = 1), for all products except the last product of the sequence, there must be a suitable subsequent product expressed by Relation R4. objective function or relation R5 indicates the corresponding case with decreasing width (α = 0) within a product sequence.
»'e/P (R4)»'E / P (R4)
Vi e /,Vg e GVi e /, Vg e G
*« -^« xrg +Mmax -ag * « - ^ « Σ x r g + M max -a g
' e/|C2 (R5)
Figure imgf000017_0001
'e / | C2 (R5)
Figure imgf000017_0001
Entsprechend den beiden vorgenannten Zielfunktionen bzw. Relationen R4 und R5 . beschreiben die beiden nachfolgenden Zielfunktionen, R6 für ansteigende Weiten und R7 für abnehmende Weiten innerhalb einer Sequenz, den Fall, dass alle Produkte, ausgenommen das erste Produkt, innerhalb einer Produktabfolge einer Produktgruppe bzw. einer Sequenz ein geeignetes vorausgehendes Produkt aufweisen muß. Die Zielfunktion wird für das erste Produkt einer Sequenz abgeschwächt durch die Variable ng.Corresponding to the two aforementioned objective functions or relations R4 and R5. describe the two subsequent objective functions, R6 for increasing distances and R7 for decreasing distances within a sequence, the case in which all products, except the first product, within a product sequence of a product group or a sequence must have a suitable preceding product. The objective function for the first product of a sequence is attenuated by the variable n g .
X'g ~ r'g Σ X'g + Mmax G - ag ) X ' g ' r 'g Σ X ' g + M max G - a g)
'Wir 3 (R6)'We 3 (R6)
V/ e /,Vg e G
Figure imgf000017_0002
V / e /, Vg e G
Figure imgf000017_0002
V/ e /,Vg e GV / e /, Vg e G
Da die Abfolge der Produkte innerhalb einer Produktgruppe nicht direkt kontrolliert werden kann sind zwei weitere Zielfunktionen R8 und R9 erforderlich um Fehler bzw. Unverträglichkeiten auszuschließen: Die Zielfunktion R8 verhindert das Auftreten von Produkten mit größerer Weite und mit kleinerer Typnummer, also hoher Güte, sowie Produkte mit geringerer Weite und mit höherer Typnummer, also geringerer Güte, für ansteigende bzw. zunehmende Weiten innerhalb einer Sequenz bzw. einer Produktabfolge einer Produktgruppe. Die zweite Zielfunktion bzw. Relation R9 beschreibt den entsprechenden Fall für abnehmende Weiten innerhalb einer Sequenz. Es sei hier ange- merkt, dass bei Vorsortierung der Produkte in Abhängigkeit der Güte in Indexvergleich ausreichend ist. + ∑x *fc -M maχ0 -<xg) ≤
Figure imgf000018_0001
/'e/|w,.<w, ,',<',■ (R8)
Since the sequence of products within a product group can not be controlled directly, two further target functions R8 and R9 are required to rule out errors or incompatibilities: The target function R8 prevents the occurrence of products with a larger width and with a smaller type number, ie higher quality, as well as products with a smaller width and with a higher type number, ie lower quality, for increasing or increasing distances within a sequence or a product sequence of a product group. The second objective function or relation R9 describes the corresponding case for decreasing distances within a sequence. It should be noted here notes that in the case of pre-sorting of the products depending on the quality in index comparison is sufficient. + Σ x * fc - M ma χ0 - <x g ) ≤
Figure imgf000018_0001
/'e/|w,.<w,, ', <', ■ (R8)
Figure imgf000018_0002
Figure imgf000018_0002
Die Relationen R10 und R11 erlauben genau zwei Ausnahmen pro Gruppe, nämlich für das erste und das letzte Produkt einer Sequenz.The relations R10 and R11 allow exactly two exceptions per group, namely for the first and the last product of a sequence.
∑q,g ≤ zg Vg € G (R10)Σq, g ≤ z g Vg € G (R10)
/e// E /
∑rlg ≤ zg Vg € G (R11)Σr lg ≦ z g Vg € G (R11)
/e// E /
Die'weiteren Zielfunktionen bzw. Relationen dienen zur weiteren Eingrenzung des Suchraumes bzw. Zur Kompaktierung des Modells. Der "flag" für zunehmende Weiten innerhalb einer Sequenz wird auf 0 gesetzt für nicht-existierende Sequenzen, siehe Relation R12. Die Produktgruppen werden in Abhängigkeit der Anzahl der in ihnen enthaltenen Produkte geordnet, siehe Relation R13. Zusätzlich wird durch Gleichung R14 bewirkt, dass die aktiven Gruppen vorangestellt werden. Die Anzahl der bildbaren Gruppen |G|, wird durch die Vorsortierung erreicht. Es ist üblich, dass einige der dieser Relationen nach der Optimierung redundant erscheinen.The ' further objective functions or relations serve to further delimit the search space or to compact the model. The flag for increasing widths within a sequence is set to 0 for nonexistent sequences, see relation R12. The product groups are ordered according to the number of products contained in them, see relation R13. In addition, equation R14 causes the active groups to be prepended. The number of imageable groups | G |, is achieved by presorting. It is common for some of these relations to appear redundant after optimization.
Vg e G (R12) ≤ 0 Vg e G (R13)
Figure imgf000018_0003
Vg e G (R12) ≤0 Vg e G (R13)
Figure imgf000018_0003
, < o Vg e G (R14), <o Vg e G (R14)
Die Ausnahmevariablen für das erste und letzte Produkt einer Folge sind reelle Variablen im Bereich zwischen 0 und 1. zg,xlg,ag e {0,1} O ≤ qls! ,r < \The exception variables for the first and last product of a sequence are real variables in the range between 0 and 1. z g , x lg , a g e {0,1} O ≤ q ls! , r <\
In einem vierten Schritt schließlich wird durch Anwendung gebräuchlicher MILP- Lösungsmethoden auf die Kompatibilitätsmatrix bzw. das mathematische Modell und Lösung des durch vorgenannte Zielfunktionen angegebenen Modells eine optimierte Sequenzzierung der Produkte innerhalb einer jeden Produktgruppe, der Produktgruppen innerhalb einer jeden Produktfamilie und somit auch der Produkte innerhalb einer Produktfamilie erreicht.Finally, in a fourth step, by applying common MILP solution methods to the compatibility matrix or mathematical model and solving the model given by the aforementioned objective functions, optimized sequencing of the products within each product group, the product groups within each product family and thus also within the products reached a product family.
In Fig. 3 ist eine beispielhafte Vorsortierung in Sequenzen bzw. Produktgruppen mit den Produktkenngrößen Güte, Weite, Dicke gezeigt. Nach Vorsortierung liegen 5 durch dickere horizontale Linien getrennte Sequenzen vor. Voraussetzung hierbei ist, dass Produkte unterschiedlicher Güte in der Reihenfolge 101A→101 B-»101C→101 herzustellen sincLund die maximale Weitenänderung zwischen zwei aufeinanderfolgenden Produkten 7,0 Einheiten betragen darf.FIG. 3 shows an exemplary presorting in sequences or product groups with the product parameters quality, width, thickness. After presorting, there are 5 sequences separated by thicker horizontal lines. The prerequisite for this is that products of different quality must be produced in the order of 101A → 101B-> 101C → 101, and the maximum width change between two consecutive products may be 7.0 units.
In Fig. 4 ist eine auf der Vorsortierung gemäß Fig. 3 basierende Kompatibilitätsmatrix gezeigtFIG. 4 shows a compatibility matrix based on the presorting according to FIG. 3
In Fig. 5 ist eine optimierte Gruppierung und Sequenzzierung der herzustellenden Produkte unter der Voraussetzung ausschließlich abnehmender Weiten innerhalb einer Sequenz, basierend auf Fig. 3 und Fig. 4 gezeigt.FIG. 5 shows an optimized grouping and sequencing of the products to be produced, assuming only decreasing widths within a sequence, based on FIGS. 3 and 4.
In Fig. 6 ist eine erfindungsgemäß optimierte Gruppierung und Sequenzzierung der herzustellenden Produkte gemäß Fig. 3 und Fig. 4 gezeigt.FIG. 6 shows an optimized grouping and sequencing of the products to be produced according to FIG. 3 and FIG. 4.
Des weiteren ist in Fig. 7 ein Gesamtkonzept oder Gesamtanordnung für einen grosstechnischen Anlagenbetrieb aus der Stahlindustrie mit mehreren Komponenten und un- ter Einbeziehung eines beispielhaft ausgebildeten Systems zur optimierten Planung komplexer Produktionsabfolgen in grosstechnischen Anlagenbetrieben gezeigt, wobei systemgemäß im ZusammenwirkenFurthermore, FIG. 7 shows an overall concept or overall arrangement for a large-scale plant operation from the steel industry with several components and The inclusion of an exemplary trained system for the optimized planning of complex production sequences in large-scale plant operations shown, where systemically in interaction
• mit einer ERP (Enterprise Resource Planning)-Komponente 12 zur Ressourcenplanung und/oder -Verwaltung Auftragsinformationen an eine CPM (Collaborati- ve Production Management) -Komponente, das heißt eine Komponente zur Analyse und Berichterstattung aber auch zur Planung und Prognose, und/oder ein MES (Manufacturing Execution System), das heißt eine Komponente zum Produktionsmanagement mit direkter Anbindung an die jeweilige Automatisierungsanlage und/oder Echtzeit-Produktionskontrolle sowie Datenerfassung, übermittelbar sind,• with an ERP (Enterprise Resource Planning) component 12 for resource planning and / or administration, job information to a CPM (Collaborative Production Management) component, ie a component for analysis and reporting but also for planning and forecasting, and / or an MES (Manufacturing Execution System), that is a component for production management with direct connection to the respective automation system and / or real-time production control and data acquisition, can be transmitted,
• mittels der CPM-Komponente 14 Produkte mit übereinstimmenden beziehungsweise sich entsprechenden Produktspezifikationen bestimmbar sind und anhand der ermittelten Entsprechungen der Umfang des Schmelz- beziehungsweise Gießprozesses und insbesondere die Anzahl der Brammen beziehungsweise Gussblöcke bestimmbar ist,• Products with matching or corresponding product specifications can be determined by means of the CPM component 14 and the extent of the melting or casting process and in particular the number of slabs or ingots can be determined on the basis of the correspondences determined,
• mittels der CPM-Komponente 12 der aktuelle Prozessstatus und/oder die im mathematischen Modell enthaltenen Informationen, insbesondere der Zielfunktionen und/oder deren Koeffizienten, ermittelbar beziehungsweise abfragbar sind, und• by means of the CPM component 12, the current process status and / or the information contained in the mathematical model, in particular the objective functions and / or their coefficients, can be determined or interrogated, and
• mittels der CPM-Komponente 14 erforderliche und/oder wesentliche Informationen 15 zur Durchführung eine optimierten Planung komplexer Produktionsabfolgen, wie beispielsweise Prozessinformationen 15a, Auftragsbestand, Konfiguration und/oder Inhalte des mathematischen Modells 15c, Instandhaltungs- und/oder Zustandsinformationen vorhandener Betriebsmittel 15b, an ein beispielhaft ausgeführtes System 16 zur optimierten Planung komplexer Produktionsabfolgen in grosstechnischen Anlagenbetrieben übermittelbar sind, und wobei• by means of the CPM component 14 required and / or essential information 15 for performing an optimized planning complex production sequences, such as process information 15a, order backlog, configuration and / or contents of the mathematical model 15c, maintenance and / or status information of existing resources 15b on an exemplified system 16 for the optimized planning of complex production sequences in large-scale plant operations can be transmitted, and wherein
• mittels des vorgenannten Systems 16 und der übermittelten Informationen unter Verarbeitung und/oder Einbeziehung vorbestimmter Regeln und Produktkenngrößen, insbesondere auch Zielvorgaben sowie Betriebsmittelkenngrößen ein entsprechendes Optimierungsmodell (mathematisches Modell) erstellbar ist und, insbesondere mittels einer Verarbeitungskomponente in Form eines Modelllösers 18 durch Anwendung des jeweiligen Lösungsalgorithmus, das jeweilige Optimierungsmodell (mathematisches Modell) lösbar und eine optimierte Gruppierung und optimierte Sequenzzierung herzustellender Produkte in Produktfamilien und Produktgruppen durchführbar und eine optimierte Produktabfolge bzw. Produktionsabfolge bestimmbar ist,• By means of the aforementioned system 16 and the information transmitted while processing and / or incorporating predetermined rules and product parameters, in particular also target specifications and resource characteristics corresponding optimization model (mathematical model) can be created and, in particular by means of a processing component in the form of a model solver 18 by application of the respective solution algorithm, the respective optimization model (mathematical model) solvable and optimized grouping and optimized sequencing of products to be produced in product families and product groups feasible and optimized Product sequence or production sequence can be determined,
• aller relevanten Informationen und/oder die ermittelte optimierte Produktabfolge bzw. Produktionsabfolge in einem Protokoll oder Bericht, insbesondere einer Log-Datei 20 auf einem Datenspeicher, erfassbar sind, und• all relevant information and / or the determined optimized product sequence or production sequence in a log or report, in particular a log file 20 on a data storage, are detectable, and
• und die ermittelte, optimierte Produkt- beziehungsweise Produktionsabfolge zur Umsetzung und Anpassung des jeweiligen Prouktionsprozesses an das jeweilige CPM/MES 12 rückÜbertrag- beziehungsweise rückübermittelbar ist.• and the determined, optimized product or production sequence for the conversion and adaptation of the respective production process to the respective CPM / MES 12 is transferable or can be transferred back.
Die der Optimmierung und damit der optimierten Produktionsplanerstellung zu Grunde liegenden Informationen können dabei mittels XML oder anderen bekannten Datenstrukturen- entweder Datei-basiert oder Speicherbasiert übermittelt werden, auch über entsprechende Kkommunikationsverbindungen und/oder Datenträger.The information underlying the optimization and thus the optimized production plan production can thereby be transmitted by means of XML or other known data structures-either file-based or memory-based, also via corresponding communication links and / or data carriers.
Der Optimierungsaufruf beziehungsweise die entsprechende Anfrage an das System und/oder die Initiierung des Optimierungsprozesses wird durch entsprechendes „hosting System", insbesondere ein CPM-System oder eine entsprechende Kkomponente, bewirkt, welches alle relevanten Informationen an den Optimierungsprozess beziehungsweise das einen optimierten Produktionsplan erstellende System übermittelt. The optimization request or the corresponding request to the system and / or the initiation of the optimization process is effected by a corresponding "hosting system", in particular a CPM system or a corresponding Kkomponente, which all relevant information to the optimization process or the system producing an optimized production plan transmitted.

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zur optimierten Planung komplexer Produktionsabfolgen in großsstechnischen Anlagenbetrieben, insbesondere der Stahlindustrie, mittels programmtechnischer Anwendung eines auf Methoden und Algorithmen des Mi- xed Integer Linear Programming (MILP) aufbauenden, gemischt-ganzzahligen Optimierungsverfahren, wobei unter Verarbeitung und/oder Einbeziehung vorbestimmter Regeln und Produktkenngrößen sowie Betriebsmittelkenngrößen schrittweise eine optimierte Gruppierung und optimierte Sequenzzierung herzustellender Produkte in Produktfamilien und Produktgruppen durchgeführt und eine optimierte Produktabfolge bzw. Produktionsabfolge bestimmt wird.1. A method for the optimized planning of complex production sequences in large-scale plant operations, in particular the steel industry, by means of programmatic application based on methods and algorithms of the MIXED INTEGER Linear Programming (MILP), mixed-integer optimization method, wherein processing and / or incorporation of predetermined rules and product characteristics as well as equipment characteristics, an optimized grouping and optimized sequencing of products to be produced in product families and product groups is carried out step by step and an optimized product sequence or production sequence is determined.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass2. The method according to claim 1, characterized in that
• In einem ersten Schritt (2) produkt- sowie betriebsmittelkenngrößenabhängig und regelbasiert eine sequenzielle Vorsortierung auftragsgemäß herzustellender Produkte durchgeführt wird,• in a first step (2) product-dependent and resource-dependent and rule-based sequential presorting of products to be produced according to products is carried out,
• In einem zweiten Schritt (4) die Vorsortierung kenngrößenabhängig und/oder regelbasiert in einzelne Produktfamilien aufgegliedert und innerhalb einer jeden Produktfamilie anhand wenigstens einer Produktkenngröße sowie wenigstens einer Betriebsmittelkenngröße regelbasiert eine Gruppierung der herzustellenden Produkte in einzelne Produktgruppen durchgeführt wird,In a second step (4), the presorting is subdivided into individual product families depending on characteristics and / or rules, and a grouping of the products to be produced into individual product groups is carried out within each product family on the basis of at least one product parameter and at least one resource parameter.
• In einem dritten Schritt (6) für alle Produktgruppen produkt- sowie betriebsmit- telkenngrößenabhängig und regelbasiert ein mathematisches Modell erstellt wird und• In a third step (6), a mathematical model is created for all product groups for each product group, depending on the product, the operating resource and the rule
• In einem vierten Schritt (8) durch Anwendung gebräuchlicher MILP- Lösungsmethoden auf das mathematische Modell eine optimierte Sequenzzierung der Produkte innerhalb einer jeden Produktgruppe, der Produktgruppen innerhalb einer Produktfamilien als auch der Produkte innerhalb einer Produktfamilie und/oder der Produkte auf die jeweiligen Betriebsmittel durchgeführt und erreicht wird. In a fourth step (8), by applying common MILP solution methods to the mathematical model, optimized sequencing of the products within each product group, the product groups within a product family as well as the products within a product family and / or the products to the respective equipment is performed and is achieved.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass eine optimierte Gruppierung und Sequenzzierung herzustellender Produkte in Produktgruppen erreicht wird, indem für relevante Produktkenngrößen entweder gleiche und/oder ansteigende bzw. zunehmende oder gleiche und/oder absteigende bzw. abnehmende Werte erreicht werden.3. The method according to any one of claims 1 or 2, characterized in that an optimized grouping and Sequenzzierung products to be produced in product groups is achieved by reaching for relevant product parameters either the same and / or increasing or increasing or the same and / or decreasing or decreasing values become.
4. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass automatisiert und/oder manuell Wichtungen der verschiedenen Produktkenngrößen und/oder Betriebsmittelkenngrößen durchgeführt werden.4. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that automated and / or manual weighting of the various product parameters and / or resource characteristics are performed.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass basierend auf den Wichtungen der einzelnen Produktkenngrößen eine Produktkenngrößen- Rangliste erstellt wird.5. The method according to claim 4, characterized in that based on the weights of the individual product characteristics a product characteristics ranking is created.
6. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die vorbestimmten Regeln und/oder die Wichtungen der verschiedenen Produktkenngrößen durch den jeweiligen Anlagenbetrieb und/der den jeweiligen Herstel- lungsprozess mitbestimmt bzw. geprägt werden.6. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the predetermined rules and / or the weightings of the various product parameters by the respective plant operation and / or the respective manufacturing process co-determined or coined.
7. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in den vorbestimmten Regeln Wichtungen der verschiedenen Produktkenngrößen berücksichtigt werden.7. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that weightings of the various product parameters are taken into account in the predetermined rules.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die sequenzielle Vorsortierung basierend auf gewichteten Produktkenngrößen und/oder Betriebsmittelkenngrößen durchgeführt wird.8. The method according to any one of claims 2 to 7, characterized in that the sequential pre-sorting is performed based on weighted product characteristics and / or resource characteristics.
9. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils sowohl das Ansteigen als auch Absteigen von Produktkenngrößen innerhalb der Produktabfolge einer jeden Produktgruppe erlaubt bzw. ermöglicht wird.9. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that in each case both the rise and the fall of product characteristics within the product sequence of each product group allowed or enabled.
10. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Betriebsmittelkenngröße Betriebsmittelzustandsinformationen und/oder Be- triebsmittelleistung und/oder Betriebsmittelabhängigkeiten und/oder - Verknüpfungen und/oder Zielvorgaben beziehungsweise Zielfunktionen und/oder Bearbeitungs- sowie Auslastungszeiten und/oder Instandhaltungszeiten und/oder Wartungszyklen herangezogen und/oder verwertet werden.10. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that as a resource characteristic resource state information and / or loading and / or - linkages and / or objectives or target functions and / or processing and utilization times and / or maintenance times and / or maintenance cycles are used and / or recycled.
11. System zur optimierten Planung komplexer Produktionsabfolgen in grosstechnischen Anlagenbetrieben, insbesondere der Stahlindustrie, mit Mitteln zur programmtechnischen Anwendung eines, auf Methoden und Algorithmen des Mixed Integer Linear Programming (MILP) aufbauenden, gemischt-ganzzahligen Optimierungsverfahren, wobei Mittel vorhanden sind, die dafür eingerichtet sind, unter Verarbeitung und/oder Einbeziehung vorbestimmter Regeln und Produktkenngrößen sowie Betriebsmittelkenngrößen schrittweise eine optimierte Gruppierung und optimierte Sequenzzierung herzustellender Produkte in Produktfamilien und Produktgruppen durchzuführen und eine optimierte Produktabfolge bzw. Produktionsabfolge zu bestimmen.11. System for the optimized planning of complex production sequences in large-scale plant operations, in particular in the steel industry, with means for the program-specific application of mixed integer linear programming (MILP) based methods and algorithms using mixed-numbered optimization methods, with means being provided therefor processing and / or incorporating predetermined rules and product characteristics as well as resource characteristics, to carry out an optimized grouping and optimized sequencing of products to be produced in product families and product groups step by step and to determine an optimized product sequence or production sequence.
12. System nach einem der Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass als Betriebsmittelkenngröße Betriebsmittelzustandsinformationen und/oder Betriebsmittelleistung und/oder Betriebsmittelabhängigkeiten und/oder -Verknüpfungen und/oder Zielvorgaben beziehungsweise Zielfunktionen und/oder Bearbeitungs- sowie Auslastungszeiten und/oder Instandhaltungszeiten und/oder Wartungszyklen herangezogen und/oder eingesetzt sind.12. System according to claim 11, characterized in that the resource parameter is resource state information and / or equipment power and / or resource dependencies and / or links and / or targets or target functions and / or processing and utilization times and / or maintenance times and / or maintenance cycles used and / or used.
13. System nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass13. System according to claim 11 or 12, characterized in that
• Mittel vorgesehen sind, mit welchen produkt- sowie betriebsmittelkenngrö- ßenabhängig und regelbasiert eine sequenzielle Vorsortierung auftragsgemäß herzustellender Produkte in einzelne Produktfamilien durchführbar ist,• means are provided with which product and resource parameter-dependent and rule-based sequential pre-sorting of products to be manufactured according to product families is feasible,
• Innerhalb einer jeden Produktfamilie anhand wenigstens einer Produktkenngröße sowie Betriebsmittelkenngröße regelbasiert eine Gruppierung der herzustellenden Produkte in einzelne Produktgruppen durchführbar ist,• Within each product family, a grouping of the products to be produced into individual product groups can be carried out on the basis of at least one product parameter and resource parameter, based on rules.
• für jede Produktgruppe produkt- sowie betriebsmittelkenngrößenabhängig und regelbasiert ein mathematisches Modell bestimmbar ist und • Mittel vorgesehen sind, mit welchen durch Anwendung gebräuchlicher MILP- Lösungsmethoden das mathematische Modell eine optimierte Sequenzzie- rung der Produkte innerhalb einer jeden Produktgruppe, der Produktgruppen innerhalb einer Produktfamilien als auch der Produkte innerhalb einer Produktfamilie bewirkbar und erreichbar ist.• a mathematical model can be determined for each product group as a function of product and resource characteristics and rule-based; and • Means are provided by means of which the mathematical model can be used to achieve and achieve optimized sequencing of the products within each product group, the product groups within a product family as well as the products within a product family by using common MILP solution methods.
14. System nach einem der Ansprüche 11 bis 13 dadurch gekennzeichnet, dass Mittel vorgesehen sind, mit welchen eine optimierte Gruppierung und Sequenzzie- rung herzustellender Produkte in Produktgruppen durchführbar ist, indem für relevante Produktkenngrößen entweder gleiche und/oder ansteigende bzw. zunehmende oder gleiche und/oder absteigende bzw. abnehmende Werte erreichbar sind.14. System according to any one of claims 11 to 13, characterized in that means are provided with which an optimized grouping and Sequenzzie- tion products to be produced in product groups can be carried out by relevant product parameters either the same and / or increasing or increasing or the same and / or decreasing or decreasing values are achievable.
15. System nach einem der vorherigen Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass automatisiert und/oder manuell Wichtungen der verschiedenen Produktkenngrößen und/oder1 Betriebsmittelkenngrößen durchführbar sind.15. System according to one of the preceding claims 11 to 14, characterized in that automated and / or manual weighting of the various product parameters and / or1 resource characteristics are feasible.
16. System nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass basierend auf den Wichtungen der einzelnen Produktkenngrößen eine Produktkenngrößen- Rangliste erstellbar ist.16. System according to claim 15, characterized in that based on the weights of the individual product parameters a product characteristics ranking can be created.
17. System nach einem der vorherigen Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die vorbestimmten Regeln und/oder die Wichtungen der verschiedenen Produktkenngrößen durch den jeweiligen Anlagenbetrieb und/der den jeweiligen Herstellungsprozess mitbestimmt bzw. geprägt sind.17. System according to any one of the preceding claims 11 to 16, characterized in that the predetermined rules and / or the weightings of the various product parameters by the respective plant operation and / or the respective manufacturing process mitbestimmt or are coined.
18. System nach einem der vorherigen Ansprüche 11 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass in den vorbestimmten Regeln Wichtungen der verschiedenen Produktkenngrößen berücksichtigt sind.18. System according to any one of the preceding claims 11 to 17, characterized in that are taken into account in the predetermined rules weights of the various product parameters.
19. System nach einem der Ansprüche 11 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die sequenzielle Vorsortierung basierend auf gewichteten Produktkenngrößen und/oder Betriebsmittelkenngrößen durchführbar ist. 19. System according to one of claims 11 to 18, characterized in that the sequential pre-sorting based on weighted product characteristics and / or resource characteristics is feasible.
20. System nach einem der vorherigen Ansprüche 11 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils sowohl das Ansteigen als auch Absteigen von Produktkenngrößen innerhalb der Produktabfolge einer jeden Produktgruppe erlaubt bzw. ermöglicht ist.20. System according to any one of the preceding claims 11 to 19, characterized in that in each case both the rise and the fall of product characteristics within the product sequence of each product group allowed or enabled.
21. System nach einem der vorherigen Ansprüche 11 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass als Betriebsmittelkenngröße Betriebsmittelzustandsinformationen und/oder Betriebsmittelleistung und/oder Betriebsmittelabhängigkeiten und/oder -Verknüpfungen und/oder Zielvorgaben beziehungsweise Zielfunktionen und/oder Bearbeitungs- sowie Auslastungszeiten und/oder Instandhaltungszeiten und/oder Wartungszyklen herangezogen und/oder verwertet sind. 21. System according to any one of the preceding claims 11 to 20, characterized in that as a resource characteristic resource state information and / or resources power and / or resource dependencies and / or links and / or objectives or target functions and / or processing and utilization times and / or maintenance times and / or maintenance cycles are used and / or recycled.
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